Renewable lignin-derived heteroatom-doped porous carbon nanosheets as an efficient oxygen reduction catalyst for rechargeable zinc-air batteries

催化作用 杂原子 碳纤维 材料科学 化学工程 生物量(生态学) 电催化剂 环境友好型 甲醇 木质素 化学 有机化学 电化学 电极 复合材料 戒指(化学) 物理化学 复合数 工程类 生态学 海洋学 生物 地质学
作者
Jie Huang,Xuejun Liu,Ding Yuan,Xiaolan Chen,Minghui Wang,Meiyue Li,Lixue Zhang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:664: 25-32 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.022
摘要

Lignin upgrading to various functional products is promising to realize high-value utilization of low-cost and renewable biomass waste, but is still in its infancy. Herein, using industry waste lignosulfonate as the biomass-based carbon source and urea as the dopant, we constructed a heteroatom-doped porous carbon nanosheet structure by a simple NaCl template-assisted pyrolytic strategy. Through the synergistic effect of the NaCl template and urea, the optimized lignin-derived porous carbon catalyst with high content of active nitrogen species and large specific surface area can be obtained. As a result, the fabricated catalysts exhibited excellent electrocatalytic oxygen reduction activity, as well as good methanol tolerance and stability, comparable to that of commercial Pt/C. Moreover, rechargeable Zn-air batteries assembled with this electrocatalyst have a peak power density of up to 150 mW cm−2 and prominent long-term cycling stability. This study offers an inexpensive and efficient way for the massive production of highly active metal-free catalysts from the plentiful, inexpensive and environmentally friendly lignin, offering a good direction for biomass waste recycling and utilization.
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